“这些材料中的自由电荷载流子（即电子和空穴）提供了途径以及降低了充电散设（charge scattering）”， 澳大利亚新南威尔士大学的 Kourosh Kalantar-Zade说。“这意味着极小的阻力。从理论上讲，由于其非常薄的特性，它们还可以非常快速地切换，并在非工作状态下关闭至绝对零电阻。”
但是，一些障碍使得将这些新材料用作集成电路的超薄半导体非常困难。除了在生产中产生的缺陷会抑制电子流动外，迄今为止的主要问题还在于使用传统的沉积方法生产时，其平面上存在的晶粒阻挡层（grain barriers）。
为了克服这个问题，Kalantar-Zadeh的研究小组开发了一种新的沉积方法，以生产一种最有前途的超薄半导体材料，即二硫化钼（MoS 2），并且没有晶粒阻挡层。
“我们利用镓（gallium）的独特功能，与汞不同，它的危害性要小得多，只有29.8度时才具有变成液体的惊人质量 ，” Kalantar-Zadeh研究小组成员的研究人员王一芳（音译）说。她说，由于镓是一种熔化的金属，因此其表面在原子上是光滑的，但与常规金属一样，其表面提供了大量的自由电子以促进化学反应，这对于新的沉积方法很重要。
Kalantar-Zadeh解释了以下方法。钼和硫的来源靠近液态镓的表面。这引起化学反应，形成钼硫键，进而产生MoS 2。新形成的材料像皮肤一样在镓的原子光滑表面上生长，因此自然形成且没有晶粒。该过程在水溶液中进行并且需要退火以去除水合。然后，使用与距离有关的表面力（例如静电力或偶极力）将其从镓液中去除，并将其转移到准备转变成晶体管元件的衬底上。这样的力在液态金属的表面上不存在，因此合成的MoS2不会粘附在其表面上。
Kalantar-Zadeh说：“与传统的需要硅衬底的芯片不同，二硫化钼表面可以沉积在几乎所有类似玻璃和聚合物的非金属上。您可以将其推出或打印到任何您喜欢的地方。例如，如果您想要柔性的东西，如果您想弯曲它，则可以将其沉积在合适的聚合物基材上以生产柔性电子产品。”
并且由于材料比硅更薄，因此可以根据需要添加多个层，同时也可以使用标准芯片封装。
他们这个实验已经已经证明了沉积方法的可行性，研究人员现在正在努力简化沉积方法，以便可以将其从实验室转移到商业晶圆厂，Kalantar-Zadeh估计可以在未来几年内完成。
研究人员还计划扩展该方法，以创建其他二维半导体，电介质和导电材料，例如砷化镓，硫化镓和氧化铟锡。
文章来源：光刻人的世界
IEEE Spectrum
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